<Desc/Clms Page number 1>
" Perfectionnements relatifs à des électrodes de soudure ".
La présente invention est relative à des baguettes de soudure et en particulier à des baguettes ou électrodes de soudure pour la soudure à l'arc; elle vise en particulier une électrode perfectionnée enrobée permettant la soudure automatique à l'arc rapide et efficace; elle vise encore un procédé de fabrication d'une telle électrode.
Une électrode enrobée est une électrode dans laquelle le fondant qui lui est'incorporé, constitue l'unique moyen de
<Desc/Clms Page number 2>
protection de la soudure, c'est-à-dire que l'enrobage de fondant permet d'obtenir une action protectrice pendant la soudure, grâ- ce à quoi le métal fondu de soudure est à l'abri de l'oxygène et de l'azote de l'air.
Jusqu'à ce jour, les électrodes enrobées ont été largement utilisées pour la soudure à l'arc à la main, ces électrodes étant réalisées relativement courtes avec une partie du noyau métal- lique de l'électrode à l'air à une extrémité, de manière à per- mettre le passage du courant électrique dans le noyau à partir du support habituel. Le principal objet de la présente invention est de réaliser une électrode enrobée susceptible d'être employée en grande longueur pour une soudure automatique à l'arc efficace et particulièrement rapide.
L'invention vise encore une électrode relativement courte et enrobée, susceptible d'être utilisée pour la soudure manuelle à l'arc et présentant des avantages sur les électrodes classiques dont une partie du noyau est à l'air à une de ses extrémités pour permettre le contact électrique. En premier lieu, la par- tie non revêtue de la baguette de soudure du type classique, con- stitue un rebut.
En second lieu, il n'est pas possible de dimi- nuer le rapport de la partie perdue à la partie utilisée en ré- alisant des électrodes relativement longues, car la quantité de chaleur produite par résistance dans la baguette de soudure va- rie avec la distance entre le support et l'arc, et tout chauf- fage excessif de l'enrobage de fondant produit un dégagement prématuré des gaz de protection qui s'échappent de l'enrobage de f ondant.
D'une manière générale, les buts visés par l'invention sont atteints grâce à une électrode possédant un noyau à nervu- res longitudinales, revêtu d'un fondant, un ou plusieurs torons étant enroulés sur le noyau métallique et noyés dans le fondant.
Comme cela sera expliqué, il faut tenir compte de certaines re- lations dans les dimensions de ces différentes parties.
<Desc/Clms Page number 3>
L'invention vise encore ces relations de dimensions, relatives à la combinaison du noyau à nervures constituant l'électrode et du ou des torons de fil métallique disposés autour des nervures du noyau. L'invention vise en particulier le mode de contact entre les nervures du noyau et les torons appliqués sur celui-ci, de telle manière que l'on évite le glissement longitudinal des torons sur le noyau. De préférence, le contact entre les nervures et les torons est tel que l'on obtienne un verrouillage de ces deux parties l'une par rapport à l'autre, comme cela sera expliqué ci-après.
L'invention vise encore une combinaison telle que la tendance au déroulement des torons enroulés en spirale, soit relativement faible, lorsqu'un tel déroulement est susceptible de se produire.
L'invention vise encore un procédé efficace, rapide et peu coûteux pour la fabrication de l'ensemble noyau à nervures et torons enroulés en spirale, ce procédé réalisant le blocage res- pectif des torons et des nervures du noyau ; ceprocédé permet aussi de maintenir les torons enroulés autour du noyau.
Les autres objets et avantages de l'invention seront discutés ci-après. L'invention sera décrite en se référant au dessin ci-annexé sur lequel :
La figure 1 est une vue schématique en coupe verticale, illustrant le moyen à utiliser pour la soudure à l'arc à l'aide d'une électrode enrobée.
La figure 2 est une coupe transversale suivant 2 - 2 de la figure 1.
La figure 3 est une vue latérale d'une forme d'électrode.
La figure 4 est une coupe transversale suivant 4 - 4 de la figure 3.
La figure 5 est une coupe semblable suivant 5 - 5 de la figure 3.
La figure 6 est une vue latérale de la baguette de soudure
<Desc/Clms Page number 4>
avant l'application du revetement ae fondant.
La figure 7 est une coupe transversale d'une variante d'un noyau d'électrode avec enroulement hélicoïdal.
La figure 8 est une vue schématique de l'électrode enrobée au cours de l'opération de soudure.
La figure 9 est une vue schématique en plan de la dispo- sition représentée sur la figure 8.
La figure 10 est une vue semblable à la figure 6, montrant une disposition avec soudure par points sur l'électrode.
La figure 11 est une vue semblable à la figure 3 représen- tant une variante de l'électrode.
La figure 12 est une coupe transversale de l'électrode re- présentée sur la figure 11.
La figure 13 est une coupe à plus grande échelle suivant 13 - 13 de la figure 12.
La figure 14 est une coupe suivant 14 - 14 de la figure 13.
La figure 15 est une vue semblable à la figure 13 repré- sentant une autre variante de l'électrode.
La figure 16 est une coupe suivant 16 - 16 de la figure 15.
La figure 17 est une coupe transversale d'un mode de réa- lisation du noyau de l'électrode, pour une électrode de diamètre relativement faible, par exemple de 3 mm de diamètre.
La figure 18 est une vue semblable d'un mode de réalisa- tion préféré du noyau d'électrode pour des diamètres un peu plus importants, à savoir de l'ordre de mm.
La figure 18a est une coupe partielle semblable à la figu- re 18, représentant un autre mode de réalisation de l'électrode, et,
Les figures 19 et 20 sont des vues semblables représentant d'autres modes de réalisation des noyaux d'électrode susceptibles d'être utilisés dans l'invention.
@
<Desc/Clms Page number 5>
Les figures 1 et 2 représentent d'une manière schématique et généralisée la forme d'une électrode enrobée du type utilisé pour la soudure à l'arc. Cette électrode comprend un noyau 20 de section circulaire, enrobé dans un revêtement cylindrique ou couche de fondant 21. La consommation du revêtement de fondant 21 pendant la soudure est en retard sur la consommation du noyau d'électrode, de telle sorte qu'une partie du revêtement de fondant dépasse vers le bas à partir de l'extrémité inférieure de 1'électrode, qui fond, comme représenté. Les points de vue ciaprès de la construction et du mode d'action représentés sont particulièrement importants.
1.) En fait, la disposition représentée sur la figure 1 crée un four électrique en miniature qui est très important, étant donné qu'il agit comme ce que l'on pourrait appeler un creuset renversé 22 constitué par les bords inférieurs du revêtement cylindrique de fondant 21. Ce creuset protège la zone de fusion de l'air extérieur.
2.) Etant donné que la paroi cylindrique de fondant qui dépasse vers le bas, à partir de l'électrode en fusion, est au voisinage de l'arc, on peut utiliser un courant de soudure relativement important sans qu'il en résulte un arc instable présentant des migrations.
3.) Etant donné que la paroi cylindrique du fondant qui dépasse constitue une voie fermée pour le passage du métal de l'électrode sous forme de vapeur et de gouttelettes, l'électrode métallique ne peut pas former d'éclaboussures sur le métal de base 23.
4.) Etant donné que l'arc agissant sur la paroi du fondant constituant le creuset crée des gaz par vaporisation, combustion, et formation de composés chimiques intermédiaires, la disposition de la figure 1 agit en fait comme un générateur de gaz de combustion. Certains des constituants du fondant, cependant, sont transformés par l'arc en gouttelettes de fondant qui sont dépo-
<Desc/Clms Page number 6>
,sées sur le métal de base 23.
5. ) La paroi cylindrique de fondant qui s'étend vers le bas, constitue un conduit qui transporte et dirige les gaz pro- duits et le courant des particules de fondant entre la zone de production et la surface de métal de base où l'on désire réali- ser la protection.
6. ) La paroi cylindrique du fondant,qui dépasse vers le bas à partir de l'électrode en fusion, expose à l'arc une sur- face de fondant si importante que les gaz protecteurs sont pro- duits à une vitesse exceptionnellement élevée, en particulier lorsqu'on utilise un courant de soudure de grande intensité.
7. ) Etant donné que l'extrémité inférieure de la paroi cylindrique de fondant est sensiblement régulière, et étant don- né que ce bord inférieur est maintenu seulement à une légère distance du métal de base 23 pendant la soudure, les gaz produits sont formés à un point tel qu'il en résulte une pression de gaz relativement élevée. La vitesse de production des gaz est si élevée que le bord du creuset renversé peut être espacé de la face du métal de base 23 d'une manière notable, sans qu'il se produise d'entrée d'air.
8.) Far suite du taux élevé de production des gaz et par suite de l'isolement de la zone où se produisent les gaz, le courant gezeux qui entraîne des gouttelettes de fondant et de métal de l'électrode, est projeté vers le bas avec une force et une vitesse telles qu'il se produit une sorte de cratère 25 dans le métal de base 23, juste au dessous du creuset renversé 22.
9. ) Par suite de la force du courant gazeux, le cratère 25 a une profondeur notable et l'action de soudure pénètre pro- fondément dans le métal de base 23. Une grande profondeur de pé- nétration est obtenue par construction de l'électrode pour une intensité de courant élevée, pour une production volumineuse de gaz et pour que soit maintenu un écran protecteur de fondant efficace.
<Desc/Clms Page number 7>
10.) La plus grande partie des gaz produits sort par suite du déplacement de l'électrode de soudure, pendant la soudure, par l'ouverture 26 à l'arrière du cratère 25; il en résulte un courant vers l'arrière de gaz qui recouvrent et protègent le cordon de soudure réalisé, de l'atmosphère, lorsque la soudure n'est plus protégée par l'enrobage de f ondant. Les scories produites par le revêtement de fondant sont entraînées vers l'arrière le long de la soudure par ce courant de gaz dirigé vers l'arrière, et il en résulte une protection de la soudure métallique à haute température,de l'atmosphère, lorsque le courant de gaz protecteur s'éloigne.
Dans la fabrication d'une électrode idéale permettant d' obtenir les buts énumérés, il faut tenir compte de certaines considérations relatives au revêtement de fondant. En premier lieu, le revêtement de fondant doit être consommé à une vitesse plus faible que le noyau métallique, de telle sorte qu'il se forme un creuset renversé. En second lieu, le revêtement de fondant doit avoir une épaisseur telle qu'il résiste à la pression des gaz formés. En troisième lieu, le revêtement de fondant doit être sensiblement continu et ne doit pas posséder d'ouvertures, de manière que toute fuite notable de gaz au-dessus de la zone comprise entre le creuset renversé et le métal de base, soit évitée.
En quatrième lieu, le revêtement de fondant doit être consommé de manière uniforme, de telle sorte que le bord du creuset soit relativement régulier, car toute partie proéminente de fondant s'étendant vers le bas à partir du creuset renversé pourrait venir au contact de la soudure et se rompre en pénétrant dans le métal fondu de soudure.
En tenant compte du retard se produisant entre la consommation du fondant et la consommation de l'électrode qui fond, et en tenant compte de l'épaisseur de la paroi du creuset, l'on doit considérer trois facteurs, à savoir : l'épaisseur du revêtement de fondant; la composition du revêtement de fondant et l'inten-
<Desc/Clms Page number 8>
site du courant de soudure. En général, plus le fondant contient de matières minérales, plus la résistance du fondant à la cha- leur est importante et, par conséquent, moins il faut utiliser le fondant. L'épaisseur du revêtement constitué par un fondant donné varie en raison directe d'intensité de courant.
L'électrode idéale pour la soudure à l'arc et permettant d'obtenir les résultats discutés ci-dessus a été réalisée jus- qu'à ce jour, de manière approchée pour des électrodes à soudure manuelle. Toutes les électrodes de soudure réalisées jusqu'à ce jour pour la soudure automatique s'éloignent, cependant, de beau- coup de l'électrode idéale ci-dessus, car deux problèmes diffi- ciles à résoudre sont soulevés par la soudure automatique. L'un de ces problèmes est relatif à la production d'une électrode particulièrement longue pour la soudure automatique et suscep- tible d'être bobinée à l'usine, transportée et manipulée sans soins particuliers, ensuite déroulée pendant la soudure automa- tique, sans qu'il en résulte de perte du revêtement de fondant et sans endommagement de celui-ci.
L'autre problème vise la con- struction d'une électrode revêtue d'un fondant sensible)-,lent non conducteur ayant la forme et la constitution physique requises, tout en permettant le passage du courant à travers une couche isolante se trouvant à la périphérie de l'électrode et jusqu'au noyau métallique.
La présente invention approche d'une manière notable cette électrode idéale décrite ci-dessus, en ce sens qu'elle réunit les solutions des deux problèmes ci-dessus et qu'elle permet d'obtenir une électrode satisfaisante pour la soudure automati- que avec une vitesse de réalisation de la soudure plus élevée que les vitesses obtenues jusqu'à ce jour. Le moyen général grâ- ce auquel ce but est atteint peut être compris en étudiant le mode de réalisation de la présente invention déorit sur les fi- gures 3 à 6, mode de réalisation qui sera décrit maintenant.
La nouvelle baguette de soudure possède un noyau 27 en @
<Desc/Clms Page number 9>
métal de soudure convenable comportant des nervure's ou ailettes longitudinales 30, ces ailettes portant des rainures longitudinales 31. Sur le noyau 27 sont enroulés,en hélice, un ou plusieurs torons conducteurs du courant électrique et ayant la forme de fils métalliques 32; dans le présent mode de réalisation, on a deux torons disposés diamétralement l'un par rapport à l' autre.
Le noyau 27 peut être considéré comme comprenant une tige intérieure pleine 33 dont la coupe est circulaire et qui possède des parties en saillie ayant la forme d'ailettes, la baguette intérieure 33 étant constituée par la masse métallique pleine se trouvant à l'intérieur d'un cercle passant par les fonds des rainures 31. Cette baguette intérieure 33 est entourée par une armature métallique dont les éléments longitudinaux sont les ailettes 30 et les éléments transversaux sont les torons hélicoïdaux ou fils métalliques 32. L'enrobage de fondant 21 occupe les espaces vides de l'armature métallique et il est fixé à la baguette intérieure 33 par cette armature métallique.
Toute la longueur des torons hélicoïdaux 32 peut être mise à jour au-dessus du revêtement de fondant sur la périphérie de l'électrode terminée ; mais,de préférence, cette exposition à l'air n'est faite qu'en certains points, à savoir les points où les fils métalliques coupent les ailettes 30.
La forme de l'électrode représentée sur les figures 3 à 6 peut être obtenue par passage préliminaire d'un fil métallique convenable ou d'une tige métallique par des rouleaux ou, de préférence, une matrice d'étirage convenable. L'opération de fabrication consiste à déplacer le métal en l'étirant ou en le laminant, de manière à constituer un certain nombre d'ailettes ou nervures 30. Les torons métalliques hélicoïdaux 32 peuvent être ensuite enroulés sur les noyaux à nervures d'une manière quelconque.
Suivant une pratique préférée de l'invention, l'enroulement
<Desc/Clms Page number 10>
des torons sur le noyau à nervures s'effectue de manière telle qu'il en résulte un blocage respectif des torons à l'aide des nervures du noyau. Par blocage respectif, on veut dire que l'enroulement du fil ou des fils toronés sur le noyau produit des encoches, soit sur les nervures des noyaux pour laisser passer les fils toronés, soit sur les fils pour laisser pénétrer les nervures. De préférence, le procédé de fabrication réalise des encoches sur chacune de ces deux parties à leur intersection.
Un mode opératoire simple consiste à enrouler les torons autour du noyau sous une tension telle que les encoches désirées se produisent, un soin suffisant étant cependant pris pour que, par suite de la dureté relative des deux métaux utilisés, les encoches désirées soient bien obtenues.
Au lieu de produire les résultats désirés à l'aide d'une tension élevée du fil que l'on enroule au moment où on le fait passer sur les différentes nervures du noyau, on peut opérer avec pression. Ainsi, les torons peuvent être appliqués sous une tension modérée et l'on peut utiliser un moyen quelconque convenable, tel qu'un sabot ou un rouleau,pour presser radialement les torons vers l'intérieur contre les nervures du noyau, tandis que ces torons sont enroulés sur le noyau; la pression appliquée doit être suffisante pour produire les encoches désirées.
Un autre procédé permettant d'obtenir les mêmes résultats consiste à faire passer le noyau dans une matrice convenable immédiatement après que les torons hélicoïdaux ont été appliqués sur le noyau. Avec un tel mode opératoire, toute tendance de glissement des torons hélicoïdaux, par suite de l'action de la matrice, c'est-à-dire tout entraînement longitudinal de ces torons, peut être réduite au minimum, ou bien entièrement éliminée, par déplacement longitudinal du noyau sur lequel le fil a été enroulé dans une matrice d'étirage qui est fixé par rapport à son axe, mais qui tourne à une vitesse convenable en rapport avec le mouvement longitudinal du noyau; le rapport des vitesses
<Desc/Clms Page number 11>
dépend du pas de l'hélice constituée par le toron, autrement dit de l'angle que fait cette hélice avec son axe.
Dans ces modes opératoires, il est préférable que la formation des encoches soit réalisée au moment où les torons sont bloqués sur le noyau.
Il semblerait à première vue que la plus faible tendance pour les torons hélicoïdaux à se dérouler au fur et à mesure de l'utilisation de l'électrode serait obtenue par utilisation d'un fil métallique doux et très malléable. On a trouvé cependant que lorsqu'on enroule en hélice un fil métallique relativement dur sur le noyau et lorsqu'on le presse pour qu'il pénètre dans les nervures du noyau, le toron est étiré au delà de sa limite de rupture toutes les fois qu'il coupe une nervure du noyau; ainsi le toron se trouve bloqué lorsqu'il est enroulé sous une vitesse supérieure à celle qui est permise.
Ainsi, le fil toroné eut être enroulé sur le noyau sous une force de tension telle qu'il ne soit pas seulement au contact avec les nervures du noyau en constituant les encoches désirées, mais encore qu'il se produise le blocage désiré du fil toroné. Par réalisation des encoches à l'aide d'une pression radiale plutôt que par mise sous tension du fil toroné, il se produit aussi un blocage de ce fil. Une fois que ce blocage s' est produit, la rigidité du fil toroné est très désirable, car cette rigidité produit une résistance importante au déroulement.
Un métal qui convient particulièrement pour les torons et le noyau de l'électrode est le S. A. E. 1010, dans lequel le pourcentage de carbone est compris entre 8 et 13 %.
Dans certains cas, le fil toroné peut être un alliage relativement dur choisi pour permettre l'addition de constituants particuliers au métal de soudure. En pareil cas, les fils toronés peuvent ne comporter des encoches, dans lesquelles passe le noyau, qu'à un faible degré, ou même pas du tout, mais les nervures du noyau doivent posséder des encoches permettant le passage des torons et leur ancrage empêchant tout glissement ou
<Desc/Clms Page number 12>
mouvement longitudinal du noyau.
Le fondant peut être appliqué sur la baguette pleine et l'armature métallique par un moyen quelconque. On peut, par exemple, appliquer ce fondant par refoulage sous une pression considérable assurant la pénétration de ce fondant dans tous les interstices de l'armature métallique. On peut aussi border la matrice de refoulage de caoutchouc de dureté moyenne, le diamè- tre intérieur de la matrice étant légèrement inférieur au diamètre extérieur de l'armature métallique. Un tel procédé de revêtement assure que les torons 32 en spirale resteront à l'air aux points où ils traversent les nervures 30; ceci assure que les parties des torons hélicoïdaux 32 se trouvant extérieurement seront suffisamment dégagées pour permettre un contact électrique efficace pendant la soudure.
Etant donné que le fondant se contracte légèrement au séchage, la mise à jour convenable des torons hélicoïdaux 32 ne constitue pas de difficulté. Si les torons hélicoïdaux 32 vont en ligne droite d'une nervure à l'autre, comme cela a été proposé ci-dessus, les torons hélicoïdaux peuvent passer au-dessous de la surface du fondant entre deux nervures, et,de préférence, mais non nécessairement, ils sont submergés comme on le voit sur la figure 7.
Bien que les torons ou fils métalliques 32 n'aient pas de tendance à se dérouler, il est néanmoins préférable de fixer les torons hélicoïdaux aux extrémités des électrodes, de manière à éviter tout endommagement au cours de la manipulation, du stockage et du transport, avant consommation de l'électrode.
A cet effet, les extrémités des torons hélicoïdaux de l'électrode terminée, peuvent être convenablement appliquées au noyau d'électrode, par exemple par une soudure par points.
Le mode d'utilisation de la nouvelle électrode et son fonctionnement pour la soudure sont représentés sur les figures 8 et 9. Si l'oncompare ces figures aux figures 1 et 2, on voit que
<Desc/Clms Page number 13>
l'on retrouve pour la soudure automatique les dix qualités énumérées de l'électrode enrobée. Le même creuset 22 est formé ainsi que le même cratère de soudure 25. La soudure est complètement protégée et les gaz de soudure sont de la même manière enfermés, de telle sorte qu'ils produisent une pression, qui,combinée à leur vitesse, permet d'éliminer l'action de l'air extérieur.
En fait, pour des raisons qui apparaîtront, l'électrode représentée en fonctionnement sur les figures 8 et 9 constitue un générateur de gaz plus efficace et elle permettra d'obtenir une soudure à la fois plus profonde et plus solide qu'une électrode enrobée du type représenté sur les figures 1 et 2.
On peut utiliser un courant allant jusqu'à 1000 ampères avec une électrode de six mm. de diamètre construite conformément à la présente invention, c'est-à-dire avec une électrode dont le noyau métallique possède la même section qu'un noyau plein et régulier de 6 mm. de diamètre. Avec cette intensité, on fait fondre une électrode de 6 mm. de diamètre à la vitesse de 1m., 20, soit 0 Kg 29 par minute ; soudure avec une telle intensité pénètre à une profondeur telle qu'un volume égal de métal de base est transformé en métal de soudure. Ainsi avec 1000 ampères, une certaine quantité de métal d'électrode et de métal de base sont fondus et transformés en métal de soudure, ceci constituant au total environ 0 Kg 58 de métal par minute.
La pénétration est si efficace qu'il n'est plus nécessaire de mettre sous forme de biseaux les bords des plaques métalliques avant soudure, ceci avec des plaques d'acier dont l'épaisseur est inférieure à 13 mm. La suppression de cette opération non seulement économise du travail mais aussi économise du métal, le métal non enlevé étant transformé en métal de soudure.
Lorsque l'électrode décrite est utilisée pour souder auto- matiquement des flasques d'acier de qualité et lorsque le noyau de l'électrode est en acier à 0,12 % de carbone, les propriétés physiques de'la soudure sont les suivantes :
<Desc/Clms Page number 14>
Résistance à la traction, 4 tonnes,50 à 4 tonnes, 78 par cm2.
Limite élastique, 3 tonnes 51 à 3 tonnes, 79 par cm2.
Réduction de la section 36 à 38 %.
Allongement pour 5 cm. 27 à 30 %.
Il serait impossible d'obtenir cette qualité de métal de soudure pour la soudure à l'arc automatique si la baguette de soudure utilisée ne possédait les caractéristiques décrites et ne produisait les différents résultats énumérés.
Pour permettre une compréhension convenable du mode de réalisation de la nouvelle électrode et pour pouvoir réaliser une telle électrode devant servir dans des circonstances déterninées, il faut considérer avec soin les caractéristiques nécessaires de l'électrode décrite permettant d'obtenir les résultats nouveaux dans la soudure automatique.
Certaines conditions que doivent remplir les électrodes sont d'ordre purement physique et relatives à leur structure; elles ont trait au creuset renversé. Ces conditions 'comprennent les suivantes :
1. ) Le revêtement de fondant doit avoir une épaisseur mi- nimum telle, cependant, que sa consommation soit suffisamment retardée pour qu'il dépasse vers le bas d'une quantité suffisante par rapnort au noyau de l'électrode fondante.
2.) Le revêtement de fondant doit avoir une épaisseur suffisante, de plus, pour qu'il forme une paroi de creuset suffisamment résistante pour qu'elle ne cède pas sous la pression importante des gaz places à l'intérieur.
3.) Le revêtement de fondant doit être suffisamment continu autour de l'électrode ou bien il doit être approximativement continu pour qu'il enferme les gaz formés de la manière désirée.
Sur la figure 5, on notera que le revêtement de fondant est continu tout autour de la périphérie du noyau de l'électrode enrobée 27, la figure 5 étant une coupe transversale faite entre les
<Desc/Clms Page number 15>
points où les torons hélicoïdaux 32 coupent les nervures 30.
Il est clair que même lorsque les deux torons hélicoïdaux 32 auront fondu, sur la figure 5, il ne se formera pas d'ouvertures sur la paroi du revêtement de fondant. Comme indiqué sur la figure 4, cependant, les torons hélicoïdaux 32 rompent la continuité de la paroi du creuset en certains points espacés, mais les ouvertures qui en résultent dans la paroi du creuset ne diminuent pas de manière notable l'efficacité du creuset, car les ouvertures sont relativement faibles et n'apparaissent que par intermittence. Lorsque les ouvertures apparaissent dans la construction préférée, elles se trouvent en des points diamétralement opposés et ainsi tout échappement de gaz par ces ouvertures est suffisamment réparti et donne des actions qui se compensent.
4. ) Le revêtement de fondant qui constitue la paroi du creuset doit être fixé de manière suffisamment efficace pour qu'il résiste à la manipulation, au transport, au bobinage à l'usine, au débobinage au point d'utilisation,au contact mécanique avec le mécanisme d'avance de l'électrode, et au frottement des balais qui font arriver le courant électrique dans l' électrode. Une telle fixation est réalisée par l'armature métallique décrite et on notera qu'aux points où les torons hélicoidaux 32 coupent les rainures 31, les torons hélicoïdaux bloquent le fondant sur l'électrode 27 d'une manière efficace.
5. ) Tandis qu'une partie notable de métal utilisé pour constituer l'électrode peut former l'armature, au moins la moitié du métal doit être à l'intérieur du diamètre plein du noyau pour qu'il fonde au centre du creuset renversé. Dans différentes pratiques de l'invention dont on voit des exemples sur le dessin, le diamètre plein constitue 55 à 80 % du métal utilisé au total, ce diamètre plein ayant été appelé la baguette intérieure 33.
Les autres conditions que doit remplir l'électrode décrite ont trait à la fonction de production des gaz. ' Ces oondi-
<Desc/Clms Page number 16>
tions sont les suivantes : 1.) Etant donné que le gaz protecteur est produit presque entièrement par le revêtement de fondant, et étant donné qu'il faut avoir un volume exceptionnellement élevé de gaz de protec- tion pour obtenir des résultats nouveaux, l'armature métallique doit être conçue de manière telle qu'elle offre un volume vide suffisant destiné à recevoir le fondant.
2. ) Etant donné que les gaz de protection doivent être formés à une vitesse exceptionnellement élevée, et étant donné que l'un des facteurs qui déterminent la vitesse de production est constitué par la surface de fondant exposée à l'arc de sou- dure, il est nécessaire que le fondant ait une surface intéri- eure relativement grande par unité de longueur de la baguette de soudure, cette surface étant sensiblement plus grande que celle qui est fournie par la baguette de soudure ordinaire de la figure 1. La forme non circulaire de la surface intérieure du revêtement de fondant de .la nouvelle électrode a pour résul- tat cette surface creuse.
3.) Etant donné que l'on utilise couramment du courant alternatif pour la soudure automatique, et étant donné qu'un tel courant tend à se concentrer à la surface du conducteur, il est désirable que le noyau de l'électrode possède une surface relativement grande par unité de longueur, cette surface étant sensiblement plus grande que celle qui est fournie par l'élec- trode représentée sur la figure 1. La forme à nervures du nou- veau noyau d'électrode permet d'obtenir une surface conductrice plus grande.
4.) Par suite de la forme à nervures du noyau d'électrode et de l'effet de surface du courant alternatif, chacune des ner- du vures produit un petit arc dans lequel la concentration/courant est relativement élevée; un certain nombre de tels arcs travaille tout autour du noyau d'électrode 27. On comprendra facilement qu'une élegtrode à nervures du type décrit peut ainsi transporter
<Desc/Clms Page number 17>
un courant de plus grande intensité que l'électrode simple de la figure 1.
5. ) La production de chaleur étant concentrée dans l'arc formé sur chacune des nervures 30, il est essentiel qu'une gran- de quantité de fondant soit disponible au voisinage de chacun de ces arcs, ce fondant agissant sur chacun de ceux-ci; par con- séquent chaque arc doit être entouré le mieux possible de fon- dant. La forme, suivant laquelle est distribué le revêtement de fondant de la nouvelle électrode, fournit le volume nécessaire de fondant à chacun des arcs individuels, et de plus, de cette manière, chacun des arcs est entouré de fondant sensiblement sur trois faoes.
Des essais et l'étude des conditions ci-dessus ont conduit à certaines conclusions permettant de réaliser une nouvelle é- leotrode donnant des résultats supérieurs. En premier lieu, le rapport du volume total de fondant au volume total de métal dans l'électrode terminée permettant la soudure automatique, doit être compris entre 0,75 pour un fondant possédant une quan- tité relativement élevée de matières minérales et 2,0 pour un fondant contenant une quantité relativement faible de matières minérales. Ce rapport pourra dépasser 1,75.
Il faut comparer ces limites aux limites utilisées avec les électrodes utilisées pour la soudure manuelle suivant la figure 1, les limites du rapport du volume total de fondant au volume totale de métal étant alors compris entre 0,78 et 1,23. n second lieu, il faut utiliser plus de quatre nervures, et de préférence on doit avoir plus de cinq nervures. En géné- ral, le nombre de nervures est déterminé par la dimension du noyau de l'électrode. Il est préférable qu'une électrode de sou- dure de 3/13 et 4/13 de cm de diamètre moyen comporte six ner- vures ; des baguettes de 5/13, 6/13 et 8/13 de cm de diamètre moyen doivent posséder de préférence huit nervures ; baguet- tes de 10/13 et 12/13 de cm de diamètre moyen et au-dessus
<Desc/Clms Page number 18>
doivent posséder 10 nervures.
En troisième lieu, on a trouvé qu'il était préférable qu' un espace d'au moins 30 % du volume total de fondant soit ména- gé par les rainures longitudinales limitées par les nervures; ceci veut dire que 30 % de la section transversale du fondant doit se trouver à l'intérieur du cercle défini par les limites extérieures des nervures. Dans les premières réalisations de l' invention, on place au minimum environ 40 % de la section trans- versale du fondant à l'intérieur de ce cercle. La proportion minimum de fondant à l'intérieur de ce cercle doit non seule- ment rendre possible la formation rapide de gaz et permettre que la consommation de fondant soit en retard sur la consomma- tion du noyau d'électrode de la quantité désirée, mais encore réaliser une fixation mécanique du fondant sur le noyau.
Dans toute la présente description, la profondeur des rai- nures sera considérée comme étant égale à la distance radiale séparant les surfaces intérieures des rainures au cercle défini par les bords extérieurs des nervures. Pour assurer qu'une pro- portion convenable de fondant se trouve à l'intérieur des rai- nures, la profondeur de celles-ci devra être généralement coin- prise entre 0,3 et 0,6 de la valeur de # Dm/N, lorsque le nom- bre de nervures est compris entre six pour une électrode de 4/13 de cm et dix pour une électrode de 6/13 de cm.
Comme cela sera expliqué plus loin, si on augmente le nombre de nervures en les rendant plus minces, pour éviter une réduction notable de la proportion de fondant se trouvant dans les rainures, la profon- deur desrainures peut être comprise entre 0,3 et 0,6 de # Dm T
N
Ces formules sont purement empiriques mais expriment dans les limites des tolérances de travail, les valeurs préférées pour obtenir la relation désirée entre le fondant et le métal et la disposition du fondant.
Dans les formules ci-dessus, Dm représente le diamètre
<Desc/Clms Page number 19>
moyen du noyau ou le diamètre d'un cercle possédant la même sur- face que le noyau à nervures ; est le rapport entre la profon- deur ou la dimension radiale des nervures et l'épaisseur de cel- les-ci prise sur le diamètre moyen ou sur la circonférence moyen- ne; N est le nombre de nervures. Dans les pratiques primitives de l'invention, qui sera décrite ci-après, la profondeur des rainures est égale approximativement à 0,5 # Dm.
N n quatrième lieu, la formation des nervures du noyau d'électrode doit être réalisée de manière telle que la surface périphérique finale du noyau soit comprise entre 1 1/4 et deux fois la surface d'une baguette équivalente simple. En général, il est désirable d'augmenter la surface périphérique de moitié.
En cinquième lieu, le rapport de diamètre du toron héli- coidal au diamètre moyen du.noyau doit être compris entre 0,16 environ pour une électrode de 4/13 de cm et 0,10 environ pour une électrode de 12/13 de cm; les torons doivent être écartés longitudinalement de l'électrode de moins de 1/3 de son diamè- tre mesuré nervures comprises; cette distance doit être cepen- dant inférieure à trois fois ce diamètre.
Il se trouve heureusement que le mode de réalisation pré- féré décrit est tel que toutes ces conditions peuvent être réu- nies sans s'opposer. Ainsi la nécessité de réaliser une surface périphérique exceptionnellement grande pour le noyau métallique, ceci dans le but de compenser l'effet de surface du noyau alter- natif, ne s'oppose pas avec la nécessité d'avoir une surface in- térieure relativement élevée du revêtement de fondant pour la formation rapide des gaz; ces deux nécessités s'accordent avec les autres nécessités résidant dans le besoin de rainures pro- fondes pour la fixation mécanique du fondant et le besoin rési- dant dans le fait que le fondant se trouvant à l'intérieur des rainures soit au moins 30 % de la quantité totale du fondant.
En réunissant ces différentes conditions, de plus, il ne se pose pas de problème de diamètre, de nombre et de pas des enroulements
<Desc/Clms Page number 20>
hélicoïdaux et il n'y a pas de difficulté pour arriver à une disposition des enroulements hélicoïdaux : permettant une épaisseur désirée minimum de fondant, un volume total désiré de fondant; évitant toute fuite excessive à partir du creuset par des ouvertures se trouvant sur le revêtement de fondant.
Sur la figure 4, qui représente par exemple une électrode de 4/13 de cm, le rapport du volume total de fondant au volume total d'acier est de 1,5. Si une électrode de soudure possédant la même section de métal que celle de la figure 4 doit être utilisée avec une intensité de courant plus faible, ou bien si l'on doit utiliser cette électrode avec la même intensité de courant mais avec un fondant ayant une composition résistant mieux à la chaleur en présence de l'arc, le noyau d'électrode représenté sur la figure 7 peut être substitué au noyau représenté sur la figure 4. Le noyau d'électrode de la figure 7 possède des nervures plus épaisses et le diamètre, nervures comprises, est plus faible. Le rapport du volume total de fondant au volume total de métal avec le nouveau noyau d'électrode tombe à 0,86.
Il est clair que le rapport du volume total de fondant au volume total de métal peut être facilement changé en faisant varier la profondeur et la forme des rainures, c'est-à-dire que, en partant d'une baguette régulière, les différents rapports de volume total de fondant au volume total de métal peuvent être obtenus lors de la formation des nervures.
L'importance de la forme des nervures peut être encore comprise en considérant la fonction du fondant dans les rainures, fonction tendant à protéger ou à isoler de l'arc l'enroulement hélicoïdal. Cet enroulement est noyé dans la paroi du creuset renversé et constitue une partie de cette paroi; la protection de cet enroulement de la, chaleur intense de l'arc évite une fusion prématurée de cet enroulement, celui-ci n'étant fondu qu'au voisinage du bord du creuset renversé.
La figure 10 indique de quelle nanière les torons héliool-
<Desc/Clms Page number 21>
daux 32 peuvent être fixés au noyau 27 par soudure par points en un certain nombre de points suivant une des pratiques de 1' invention. La soudure par points indiquée par le nombre de référence 34 sert non seulement à éviter le déroulement des torons hélicoïdaux, mais constitue encore un certain nombre de voies pour le passage du courant électrique dans du métal plein entre la périphérie de l'électrode et le noyau de celle-ci.
La variante d'électrode représentée sur les figures 11 à 14 possède la même apparence que la forme préférée de l'invention, comme on pout le voir en comparant les figures 11 et 3.
Comme on le voit sur la figure 12, l'électrode possède un noyau 36 avec des nervures longitudinales 37 constituant des rainures longitudinales 38. En certains points, chacune des nervures 37 comporte des prolongements ou des languettes de contact 40 destinées à traverser le revêtement de fondant 41 pour venir au contact desbalais de la machine à souder automatique. Les languettes de contact 40 ont les mêmes fonctions que les enroulements hélicoïdaux décrits précédemment. Le blocage du revêtement de fondant sur le noyau de l'électrode peut être parfait grâce à des dentelures transversales 42 ménagées sur les rainures 38.
Les languettes de contact 40 peuvent être formées en même temps que les nervures 37 par utilisation de rouleaux constituant les nervures et possédant des parties creuses dans lesquelles le métal est refoulé pour constituer les languettes de contact. Suivant une autre pratique de l'invention, cependant, l' électrode peut être usinée avec des nervures régulières et les languettes de contact peuvent être formées par suite en pinçant des parties de ces nervures. Les figures 15 et 16 montrent comment les dépressions 43, formées à la suite de cette action de pincement de part et d'autre d'une nervure régulière 45, produit une languette de contact saillante 46. Les dépressions 43 favorisent le blocage du revêtement de fondant.
Les figures 17 et 18 montrent certaines formes de noyaux
<Desc/Clms Page number 22>
utilisées dans la pratique commerciale initiale de l'invention.
En général, ces formes sont caractérisées par le fait qu'elles possèdent des formes courbes de grand rayon; elles peuvent être facilement usinées dans des matrices d'étirage.
Dans de tels noyaux, les nervures et les rainures en coupe pos- sèdent le même rayon de courbure.
Pour arriver à la forme représentée sur les figures 17 et 18, la première opération consiste à former une circonférence dont le diamètre est égal au diamètre moyen approché du noyau d'électrode; ceci veut dire que le cercle doit avoir une surface sensiblement égale à la section du noyau à nervures que l'on désire former. Ainsi, la figure 17 peut représenter le noyau d'une électrode de soudure de 4/13 de cm; en pareil cas, la cir- conférence moyenne approchée représentée en 50 doit avoir un diamètre de 4/13 de cm. L'opération suivante consiste à déter- miner les points de la circonférence moyenne approchée 50 qui divisent le cercle en un nombre de parties, double du nombre de nervures que l'on désire obtenir.
Pour une électrode de 4/13 de cm ; il est préférable d'avoir six nervures et, par conséquent, la circonférence moyenne approchée 50 doit être divisée en douze parties égales par douze points 51 placés à distances égales.
Une fois que l'on a déterminé ces douze points, on décrit douze cercles tangents ayant pour centre ces points. L'un de ces cercles est représenté en trait discontinu sur la figure 17.
Finalement, le contour extérieur du noyau est tracé en prenant alternativement une partie d'un cercle 52 pour constituer une nervure et une autre partie du cercle 52 suivant pour constituer une rainure. Sur la figure 17, la forme finale est représentée hachurée.
Le diamètre ou la circonférence du cercle 50 de la figure 17 sont voisins du diamètre moyen de la circonférenoe moyenne au point que l'on peut les confondre; cependant, en réalité, le diamètre moyen et la circonférence moyenne sont légèrement plus
<Desc/Clms Page number 23>
grands que le diamètre et la circonférence du cercle 50. La pro- fondeur desrainures de la figure 17 est égale au diamètre des petits cercles 52 et, étant donné qu'il y a deux fois plus de cercles 52 qu'il n'y a de nervures, la profondeur des nervures est égale approximativement à # Dm, ou approximativement
2 N à la moitié de la valeur de # Dm. La figure 17 représente usuel N le toron hélicoîdal 53 appliqué sur le noyau.
La figure 18 représente la forme du noyau utilisé dans la pratique commerciale initiale de l'invention, lorsqu'on utili- sait huit nervures au lieu de six. Le même procédé est utilisé pour arriver à cette forme, la circonférence moyenne approchée 50 de la figure 18 étant divisée par seize points équidistants au lieu d'être divisée par douze points ; cette manière, on trace seize petits cercles tangents 52 pour constituer les cour- bes de la section des huit nervures et des huit rainures.
Pour réaliser des noyaux d'électrode de la manière repré- sentée sur les figures 17 et 18, il est préférable de constituer six nervures pour des électrodes de 4/13 et 5/13 de cm ; huit nervures pour des électrodes de 6/13, 7/13, 8/13 et 9/13 de cm ; dix nervures pour des électrodes de 10/13 et 12/13 de cm. Les diamètres préférés pour les fils métalliques constituant les torons 53 sont alors :
EMI23.1
<tb>
<tb> 0 <SEP> mm.40 <SEP> pour <SEP> des <SEP> électrodes <SEP> de <SEP> 4/13 <SEP> de <SEP> cm.
<tb>
0 <SEP> mm.45 <SEP> d <SEP> 5/13 <SEP> de <SEP> cm.
<tb>
0 <SEP> mm.50 <SEP> d <SEP> 6/13 <SEP> de <SEP> cm.
<tb>
0 <SEP> mm.55 <SEP> d <SEP> 7/13 <SEP> de <SEP> cm.
<tb> 0 <SEP> mm.60 <SEP> d <SEP> 8/13 <SEP> de <SEP> cm.
<tb>
0 <SEP> mm.65 <SEP> d <SEP> 9/13 <SEP> de <SEP> cm.
<tb>
0 <SEP> ram.75 <SEP> d <SEP> 10/13 <SEP> de <SEP> cm.
<tb>
0 <SEP> mm. <SEP> 90 <SEP> d <SEP> 12/13 <SEP> de <SEP> cm.
<tb>
Ces diamètres de fils métalliques toronés sont compris approximativement entre 16 % du diamètre moyen de l'électrode pour la dimension la plus faible et approximativement 10 % du
<Desc/Clms Page number 24>
diamètre moyen de l'élect rode pour la dimension la plus grande.
La figure 18a représente, à titre d'exemple, de quelle ma- nière le noyau d'électrode de la figure 18 peut avoir une forme légèrement différente par suite de l'augmentation du nombre de nervures, sans qu'il y ait de changement notable du volume de fondant dans les nervures. On notera que le nombre de nervures est plus grand, mais que leur épaisseur est plus faible. La pro- fondeur des rainures du noyau représenté sur la figure 18a est approximativement 0,5 # Dm T .
N
La figure 19 représente une forme du noyau dont la coupe est réalisée par des cercles de grand rayon pour les rainures et des cercles de rayon relativement faible pour les nervures.
Il résulte de cette forme que l'on obtient des nervures plus minces et ceci augmente la proportion totale de fondant qui se trouve à l'intérieur des cercles définis par les bords extérieurs des nervures. Avec cette forme, la profondeur des rainures est approximativement 10,6 # Dm.
N
La figure 20 représente un noyau possédant le même nombre de nervures que la figure 18, celles-ci étant relativement min- ces. Dans cette forme, cependant, les rainures peuvent être re- lativement peu profondes ; fait, elles ont pour profondeur 0,3 # Dm.
N
Les différents avantages de la nouvelle électrode pour la soudure automatique peuvent être compris à la lueur des solutions offertes jusqu'à ce jour, pour les deux problèmes consistant à unir efficacement le revêtement de fondant au noyau et à permet- tre le passage du courant à travers le fondant.
Suivant une solution réalisée précédemment dans le commer- ce, on munit les machines automatiques à souder de dispositifs qui découpent progressivement une fente longitudinale dans le revêtement de fondant au fur et à mesure que la baguette de sou- dure est amenée entre les mâchoires de la machine constituant les bornes de courant. Une fente du même type est réalisée
<Desc/Clms Page number 25>
suivant d'autres pratiques en équipant les machines à souder automatiques de dispositifs qui permettent d'enfermer une électrode nue dans son fondant progressivement au fur et à mesure que l'électrode quitte les mâchoires constituant les bornes d' amenée du courant.
Dans ce, dernier cas, généralement, le fondant a la forme d'un ruban qui est replié longitudinalementtout autour de l'électrode, de manière à permettre de réaliser un certain espace peu important longitudinalement entre les bords du ruban.
Ces deux solutions encombrent et compliquent une machine à souder automatique. Ces deux solutions, de plus, nécessitent une orientation déterminée de la baguette de soudure par rapport à la direction de déplacement longitudinal de la partie à souder, car la fente longitudinale laisse passer les gaz de protection et doit être par conséquent dirigée vers la fin de la soudure.
Une telle orientation ne peut être maintenue de manière satisfaisante en pratique à cause de la torsion existant dans le noyau d'électrode et se produisant en cours de fabrication, en particulier par suite de l'étirage habituel de celle-ci. Le désavantage le plus important de l'électrode portant une fente pour la soudure automatique, cependant, réside dans le fait que l'on perd du gaz de protection par cette fente, cette perte étant pratiquement accrue par suite du fait que la fente est radialement élargie par le passage du courant gazeux produit par l'arc.
Une autre solution antérieure qui ne s'est pas révélée être suffisamment satisfaisante pour un emploi commercial consiste à enrouler un fil conducteur en hélice autour du noyau d'électrode simple classique; cet enroulement hélicoïdal traverse le revêtement de fondant et se trouve exposé sur le pourtour de l'électrode terminée. Dans une telle construction, le revêtement de fondant est constitué par un certain nombre de bandes hélicoïdales séparées, ce qui forme des sortes de languettes de fondant au lieu de former un creuset de fondant.
<Desc/Clms Page number 26>
L'utilisation d'un noyau/d'électrode portant des nervures longitudinales sans aucun enroulement n'est pas non plus satisfaisant pour la même raison, les rainures de l'électrode divisant aussi le fondant en un certain nombre de parties longitudinales séparées.
On a utilisé en pratique une autre solution antérieure mais cette utilisation n'a été que très limitée : cette solution a consisté à traiter un certain nombre de fils généralement au nombre de douze ou plus autour d'un noyau simple; dans une telle solution le fondant occupe les intervalles compris entre les différents fils de la tresse, et ces fils sont exposés extéri- eurement et permettent le contact électrique. Une telle construction présente d'une part une grande difficulté de réalisation et d'autre part elle est très coûteuse à l'échelle commerciale, et aussi elle donne des résultats non satisfaisants, étant donné que les espaces vides de la tresse de fil n'offrent pas au fondant un volume suffisant. L'augmentation de diamètre des fils qui constituent la tresse diminue simplement le volume relatif du fondant.
L'électrode enrobée telle qu'elle s'est présentée jusqu'à ce jour pour la soudure automatique s'est par conséquent révélée non satisfaisante et a produit des soudures de mauvaise qualité; aussi, on a utilisé d'autres procédés de protection n'étant pas faits par les revêtements de fondant. Une de ces pratiques consiste à faire avancer une électrode nue automatiquement et à souffler les gaz de protection par une source convenable se trouvant au voisinage de la zone à souder. Une telle pratique est limitée à l'emploi d'électrodes de diamètre relativement faible et de courant d'intensité faible. De plus, les gaz susceptibles d'être employés en pareil cas, tels que l'hélium, le néon et l'argon sont relativement rares et coûteux.
D'autres pratiques sont basées sur l'utilisation d'une électrode/nue en même temps qu'un moyen de déposer le fondant
<Desc/Clms Page number 27>
sur l'électrode qui se éplace, puis à enlever le surplus de fondant une fois que la soudure a été réalisée. Ce dernier procédé possède de nombreux désavantages et ne peut être utilisé dans un certain nombre de cas, en particulier lorsque la ligne de soudure est inclinée sur l'horizontale.
REVENDICATIONS.
1.) Une électrode de'soudure pour former un arc enfermé dans un creuset renversé, caractérisée par un noyau métallique possédant plusieurs nervures s'étendant généralement longitudinalement en formant des rainures, un revêtement de fondant occupant lesdites rainures et recouvrant lesdites nervures, et un toron enroulé en spirale sur ledit noyau pour croiser lesdites rainures, verrouillant de ce fait le revêtement et croisant lesdites nervures, ledit toron étant exposé à la surface du revêtement pour former des flux conducteurs de la surface de l'électrode audit noyau, la continuité dudit revêtement autour de la surface dudit noyau étant interrompue par le contact dudit toron en spirale avec lesdites nervures,
mais ces contacts étant espacés longitudinalement à partir du noyau pour offrir une continuité suffisante de fondant autour de l'électrode pour permettre audit creuset de se former autour de l'arc.